本文關(guān)鍵詞：大型雙槳雙舵船舶操縱性及智能控制的仿真研究

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【摘要】：隨著水路運輸和船舶工業(yè)的快速發(fā)展,當(dāng)前國內(nèi)外運輸船舶大型化、高速化趨勢明顯,對船舶的操縱性的要求越來越高。2013年,以實現(xiàn)安全、高效、節(jié)能和環(huán)保為目標(biāo),馬士基向韓國大宇造船訂購的多艘高達(dá)18000TEU超大型雙槳雙舵的集裝箱船舶投入營運。其被定義為3E級船舶,在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時,更加注重社會效益和環(huán)境效益。對于如此巨大的船舶配備雙槳雙舵,可以使船舶具有更加靈活自主的操縱性能。對于此類型船舶操縱運動的建模和控制研究,是具有重要理論和工程意義的科學(xué)問題。 本文采用MMG模型的建模機理,對船體、舵、槳和外界的干擾分別進(jìn)行研究,建立了雙槳雙舵船舶的運動數(shù)學(xué)模型,并仿真計算實船的旋回試驗曲線來驗證模型的準(zhǔn)確性。根據(jù)船舶的不同的航行狀況,在高速域采用雙槳同速推進(jìn),雙舵聯(lián)動控制,對滿載和壓載的不同工況進(jìn)行仿真并與實船情況進(jìn)行對比,而在低速域則對船舶采用雙槳錯車控制,雙舵單獨控制的方法對船舶的操縱性能進(jìn)行仿真研究,并與另外一艘船舶尺度相似的單槳單舵船舶SHANG HAI號集裝箱船作為對比研究對象,來研究在低速域,雙槳雙舵配合使用時的優(yōu)越特性。 本文研究了船舶的航向保持控制問題,作者主要設(shè)計了二種智能控制器來實現(xiàn)船舶航向保持控制。第一種是根據(jù)偏差大小將引入的非線性函數(shù)實現(xiàn)在線調(diào)節(jié)PID參數(shù),從而來提高控制器性能的變參數(shù)PID控制器。第二種是將小腦模型關(guān)節(jié)控制器(CMAC)與傳統(tǒng)PID相結(jié)合,利用CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的收斂速度快、泛化能力強、結(jié)構(gòu)簡單、易于軟硬件實現(xiàn)等特點。由于CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有實時控制的功能,所以為了適應(yīng)不同工況,而不必提前進(jìn)行學(xué)習(xí)獲得初始權(quán)值,本文將CMAC與PD控制器相結(jié)合,來實時在線學(xué)習(xí)。仿真結(jié)果表明：變參數(shù)PID控制器、CMAC與PID復(fù)合控制器均具有良好的控制效果,但CMAC與PID復(fù)合控制器的控制效果和魯棒性要更加優(yōu)越,且控制舵角的輸出更小,曲線更平緩。該復(fù)合控制器在船舶的航向智能控制方面具有卓越的控制效果。
【關(guān)鍵詞】：船舶運動模型 雙槳雙舵船舶 船舶航向控制 CMAC-PID復(fù)合控制器
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U675.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 論文的研究背景及意義10-11
• 1.2 雙槳雙舵船舶建模、操縱性及運動控制的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本論文的主要研究工作13-14
• 第2章 大型雙槳雙舵船舶操縱運動數(shù)學(xué)模型14-34
• 2.1 大型雙槳雙舵船舶操縱運動坐標(biāo)系和平面運動方程的建立14-18
• 2.1.1 船舶操縱運動坐標(biāo)系的建立14-16
• 2.1.2 船舶平面運動數(shù)學(xué)模型方程式的建立16-17
• 2.1.3 船舶操縱運動參量的無量綱化17-18
• 2.2 船體上的流體動力和力矩的計算18-24
• 2.2.1 作用于船體上的慣性類流體動力和力矩的計算18-19
• 2.2.2 船體上的粘性類流體動力和力矩的計算19-24
• 2.3 船舶的主動力和主動力矩的計算24-29
• 2.3.1 螺旋槳推力的計算模型24-26
• 2.3.2 舵力及力矩的計算模型26-28
• 2.3.3 舵機的性能數(shù)學(xué)模型28-29
• 2.4 船舶干擾力(風(fēng),浪,流)及力矩的計算模型29-33
• 2.4.1 風(fēng)的干擾數(shù)學(xué)模型29-31
• 2.4.2 浪的干擾數(shù)學(xué)模型31-32
• 2.4.3 流的干擾數(shù)學(xué)模型32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 大型雙槳雙舵船舶的操縱性研究34-52
• 3.1 大型船舶操縱性概述34-35
• 3.2 Triple E輪操縱性運動仿真的matlab實現(xiàn)35-36
• 3.3 Triple E輪的仿真計算36-51
• 3.3.1 高速滿載情況下的滿舵旋回運動仿真37-41
• 3.3.2 高速壓載情況下的滿舵旋回運動仿真41-45
• 3.3.3 高速滿載情況下的10°/10°Z形試驗的運動仿真45-46
• 3.3.4 錯車旋回運動仿真46-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 船舶運動智能控制器的研究52-67
• 4.1 船舶自動舵系統(tǒng)簡述52-53
• 4.2 船舶變參數(shù)PID控制器53-55
• 4.2.1 變參數(shù)PID控制器的結(jié)構(gòu)53-54
• 4.2.2 變參數(shù)PID控制器的增益計算54
• 4.2.3 變參數(shù)PID的matlab實現(xiàn)54-55
• 4.3 CMAC與PID復(fù)合控制器55-60
• 4.3.1 CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)55-57
• 4.3.2 CMAC與PID復(fù)合控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)57-58
• 4.3.3 CMAC和PID復(fù)合控制器的控制算法58-59
• 4.3.4 CMAC與PID復(fù)合控制器的matlab實現(xiàn)59-60
• 4.4 各種控制器的航向保持控制仿真60-66
• 4.4.1 無風(fēng)浪流影響的航向保持控制仿真61-64
• 4.4.2 考慮風(fēng)浪流影響的航向保持控制仿真64-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 論文結(jié)論67-68
• 5.2 論文展望與不足68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：704165